陳海成

（青島紡織機(jī)械股份有限公司，山東 青島 266042）

隨著非織造布技術(shù)的不斷發(fā)展，專用梳理機(jī)在結(jié)構(gòu)、功能和性能上發(fā)生了顯著的變化。專門應(yīng)用于非織造布生產(chǎn)的梳理機(jī)已將對纖維的分梳和成網(wǎng)效果擺在同等重要的位置。由于成網(wǎng)效果直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，因此如何改善纖網(wǎng)的均勻度和纖維的分布狀態(tài)就變得十分重要。

1 雜亂輥雜亂原理

“雜亂”就是纖維經(jīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的雜亂輥后，由于雜亂三角區(qū)旋渦氣流的作用，使得部分纖維排列發(fā)生方向轉(zhuǎn)移，從而形成纖維非定向排列的纖維網(wǎng)。對于雜亂應(yīng)該符合幾個特點(diǎn)：

（1）雜亂輥與錫林同向運(yùn)轉(zhuǎn)且針布上針齒呈平行排列。

（2）具有起纖維雜亂作用的高速雜亂輥，線速度應(yīng)和錫林線速度相當(dāng)，雜亂輥和錫林之間配置專門的擋板，用來形成雜亂旋渦氣流。

如圖1所示，是帶有雙雜亂輥和雙道夫的高速雜亂梳理機(jī)。其作用是在錫林與雜亂輥之間的楔形區(qū)域內(nèi)，改變纖維的排列方向。

對于雜亂輥到道夫間纖維的轉(zhuǎn)移，主要是由三種形式來完成：（1）離心力的作用；（2）氣流的作用；（3）針齒抓取作用。當(dāng)纖維因離心力和氣流的作用轉(zhuǎn)移到道夫時，纖維的取向度下降，而通過道夫針齒抓取作用轉(zhuǎn)移時，纖維的取向度高。因此一般希望通過雜亂輥轉(zhuǎn)移纖維，這樣得到的纖網(wǎng)雜亂度較高，縱橫向強(qiáng)力更加接近。

圖1 高速雜亂梳理機(jī)示意圖

對于圓周運(yùn)動，纖維的離心力C公式如下：

其中：m—纖維的質(zhì)量（kg）

V—輥?zhàn)拥乃俣龋╩／min）

R—輥?zhàn)影霃剑╩）

由公式（1）發(fā)現(xiàn)，提高纖網(wǎng)面密度和提高雜亂輥轉(zhuǎn)速V，會增大雜亂輥中纖維的離心力，也就會增大通過離心力向道夫轉(zhuǎn)移纖維的比例，從而增大纖網(wǎng)的雜亂度。并且由公式可發(fā)現(xiàn)，通過改變雜亂輥轉(zhuǎn)速來改變纖網(wǎng)雜亂度比提高纖網(wǎng)面密度更有效果，并且纖網(wǎng)的面密度一般要根據(jù)產(chǎn)品需求而定，且雜亂輥半徑也是固定的，因此通過改變雜亂輥速度就成了改變纖網(wǎng)雜亂度的主要途徑［1］。另外，雜亂輥的直徑設(shè)計也不能過大，否則會降低雜亂輥上纖維的離心力，影響纖網(wǎng)雜亂度。

2 雜亂三角區(qū)氣流模擬及纖維雜亂過程分析

2.1 纖維流體模擬分析

在相對運(yùn)動中，流體具有粘性。由于粘性兩相鄰流體間產(chǎn)生不同的內(nèi)摩擦力（切應(yīng)力），使流體層出現(xiàn)速度差。對選定流層來說，速度較慢的一層流體作用于速度較快的一層流體上的切應(yīng)力是阻止流體前進(jìn)的力，它的方向與流動方向相反；速度較快的一層流體作用于速度較慢的一層流體上的切應(yīng)力是加速下沉流體的力，它的方向與流動方向相同。于是這個流層所承受的切應(yīng)力構(gòu)成力偶，有促使流體質(zhì)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的傾向產(chǎn)生旋渦運(yùn)動［2］。其微分方程式為：

外部沒有能量補(bǔ)給流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動叫做自由渦運(yùn)動。自由渦運(yùn)動時，總的能量無增無減，即H=常數(shù)，也就是dH=0，由旋渦運(yùn)動基本方程（2），得：

積分后，ln（ur）=常數(shù)，即

對于錫林和雜亂輥，其周圍的氣體都屬于圍繞圓柱體的流體，在粘性力影響下進(jìn)入運(yùn)動區(qū)，經(jīng)過一定時間速度穩(wěn)定后，根據(jù)公式（3）其速度分布將按雙曲線的規(guī)律而減小，實(shí)際上這種規(guī)律的形成相當(dāng)于在理想流體條件下的速度分布規(guī)律，見圖2。

圖2 旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)訋拥臍饬魉俣确植?/p>

因此根據(jù)旋渦理論，對流產(chǎn)生旋渦在錫林、雜亂輥和擋板形成的雜亂三角區(qū)必然會形成旋渦氣流。對于錫林、雜亂輥和擋板形成的三角封閉區(qū)域，可以看出有明顯的旋渦氣流形成，旋渦氣流的外部速度較大內(nèi)部較小，這就是所謂的雜亂三角區(qū)的旋渦氣流。

安裝在雜亂輥1和主錫林2之間的蓋板，會形成如此封閉的雜亂三角區(qū)（見圖3）。隨著雜亂輥1和錫林2的高速轉(zhuǎn)動，三角區(qū)形成旋渦氣流4，部分纖維隨氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，達(dá)到更好的混合雜亂效果［3］。

圖3 雜亂三角區(qū)氣流圖

另外，在三角區(qū)擋板的橫向，氣流分布如圖4所示。

圖4 三角區(qū)擋板CD方向氣流分布圖

經(jīng)高速雜亂輥帶動的氣流，在與擋板發(fā)生碰撞后，除了產(chǎn)生MD 方向的氣流變向，還會在CD方向產(chǎn)生氣流分布。再加上梳理機(jī)系統(tǒng)的飛花抽吸系統(tǒng)，必然在雜亂三角區(qū)產(chǎn)生一個CD 方向的氣流分布。

綜上可以得到，由于以上氣流在雜亂三角區(qū)擋板附近的變向，使得最終雜亂三角區(qū)的氣流分布如圖5所示。

經(jīng)過雜亂三角區(qū)后，原來針布上部分縱向分布的纖維會發(fā)生橫向轉(zhuǎn)移，纖網(wǎng)達(dá)到一定的雜亂效果，如圖6所示。

2.2 雜亂三角區(qū)纖維排列分析

在雜亂三角區(qū)，從錫林轉(zhuǎn)入雜亂輥的纖維分成兩部分，一部分是未經(jīng)旋渦氣流雜亂就直接嵌入雜亂輥針布的纖維，這部分纖維對纖網(wǎng)中纖維排列分布影響較小。另外一部分是浮在針布表面的自由纖維，這部分纖維首先分布在錫林針布棉層的表面。當(dāng)其轉(zhuǎn)至雜亂三角區(qū)旋渦氣流附近時，由于受旋渦氣流作用，纖維的一端被氣流吹起，另一段勾住錫林針布，由于氣流作用和雜亂輥針布排列，被吹起纖維的自由端被雜亂輥針布勾住［4］。接著纖維的另一端斷開與錫林的纏結(jié)而轉(zhuǎn)向雜亂輥，一端勾住雜亂輥針布，一端由于旋渦氣流作用漂浮在雜亂三角區(qū)，根據(jù)雜亂三角區(qū)氣流分布，此時由于雜亂三角區(qū)還存在CD 方向的氣流，使得纖維的自由端發(fā)生橫向的轉(zhuǎn)移，纖維產(chǎn)生斜向或者橫向排列，纖網(wǎng)雜亂形成。因此正是這種雜亂三角區(qū)的特殊設(shè)計使得纖網(wǎng)雜亂成為可能。但是由于只是一部分棉層表面的纖維可以得到雜亂效果，而嵌入針布的那部分纖維受氣流雜亂影響較小，因此雜亂輥只可能改變纖網(wǎng)中部分纖維的取向度，大部分纖維仍然沿MD 方向排列。

（1）當(dāng)纖維較短時，纖維的一端的纏結(jié)很容易與錫林脫落，而另一端又很難與雜亂輥的纖維層纏結(jié)，因此會在雜亂三角區(qū)形成浮游纖維，受三角區(qū)氣流作用強(qiáng)烈。纖維由于很難被帶走而在旋渦氣流的作用下最終形成棉結(jié)，粘附于纖維層的表面，嚴(yán)重影響纖網(wǎng)內(nèi)在和外在質(zhì)量。

（2）當(dāng)纖維較長時，雜亂三角區(qū)相對于纖維會較小，錫林與雜亂輥間對纖維的強(qiáng)力作用會導(dǎo)致纖維發(fā)生較多的斷裂，因此應(yīng)適當(dāng)調(diào)大三角區(qū)錫林和雜亂輥之間的隔距，這樣有利于纖維的雜亂。

（3）當(dāng)生產(chǎn)面密度大的纖網(wǎng)時，單位時間內(nèi)從錫林轉(zhuǎn)移到雜亂輥上的纖維會較大，雜亂三角區(qū)大小相對之前會減少，雖然受旋渦氣流作用的纖維較多，但是比例會降低，從而纖網(wǎng)整體的雜亂度會有所下降。

（4）當(dāng)雜亂輥速度提高時，也就是錫林和雜亂輥間的相對速度增加，一方面三角區(qū)旋渦氣流會增大，對纖維作用會更加強(qiáng)烈，從而增大被雜亂纖維的比例；另一方面，相對速度的增加會加大針布對纖維的作用，增加纖維斷裂比例，斷裂形成的短纖維在旋渦氣流作用下易形成棉結(jié)，影響纖網(wǎng)內(nèi)在和外在質(zhì)量。因此雜亂輥速度應(yīng)合理控制，在滿足纖網(wǎng)質(zhì)量的前提下可適當(dāng)提高，有利于提高纖網(wǎng)的雜亂度。

這時纖維的轉(zhuǎn)移就不僅依靠機(jī)械力量了，而很大程度上是由氣流進(jìn)行傳送、轉(zhuǎn)移的。因此就在雜亂輥上形成了一個纖維分布呈兩維及部分三維的纖維排列，同時還有一部分纖維由于其兩端已被握持在兩個輥?zhàn)拥尼槻贾g，于是仍舊保持了沿機(jī)器方向（即縱向）的排列次序。這樣就使得纖維在經(jīng)過雜亂輥后，一部分雜亂分布，另一部分纖維仍保持原來的排列順序，同時得到的網(wǎng)面縱、橫強(qiáng)度之比由傳統(tǒng)梳理機(jī)的10∶1降到了3∶1。

3 結(jié)束語

在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，雜亂輥線速度大，纖網(wǎng)中纖維彎曲程度增加，棉結(jié)增加，纖網(wǎng)膨松，這對后道工序加工不利。在設(shè)定雜亂輥速度時，我們一般遵循下面三個原則：（l）纖網(wǎng)面密度大，需要反向的纖維多，因此反向氣流相應(yīng)要增大，可將雜亂輥速度適當(dāng)調(diào)大，反之則調(diào)小。（2）產(chǎn)品橫向斷裂強(qiáng)力要求較高時，可適當(dāng)調(diào)大雜亂輥的速度，但其效果不是很明顯，只是稍有改善。（3）對纖維較長、細(xì)度較粗的原料應(yīng)適當(dāng)增大雜亂輥的速度。

［1］廖聲海.對雜亂成網(wǎng)均勻度及雜亂程度的工藝探討［J］.非織造布，1999，（3）：24—25.

［2］柳吉祥.旋轉(zhuǎn)流分選的理論及應(yīng)用［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1985.

［3］吳凱輝.水刺非織造Delta高速雜亂梳理成網(wǎng)工藝的研究［D］.上海：東華大學(xué)，2008.

［4］張學(xué)榮，儲思敏.影響非織造布纖網(wǎng)均勻度因素的探析［J］.非織造布，1996，（3）：5—7.